如果宇宙可以伸缩

強烈推薦 人生如此短暫，在這一刻又如此有趣 對宇宙不斷探索、對自己不斷發現 如果能夠穿越時空，希望能去未來，看看那時的精彩，未知世界永遠充滿好奇與希望 漫步在浩瀚宇宙星際之中，此刻，我們是多麼渺小 雖然我的物理是理科中成績最差的，也不能阻擋我對宇宙奧密的喜愛 盡管也沒看太懂、記太多，但看看書中宇宙星際色彩斑爛的插圖就已很滿足：行星爆炸的斑斕、布滿極光的天空、虱子復眼上的晶須...... 渺小到可以成為獨一無二的自己，何時來、何時去都不重要，只要活過這個過程就很好 未來，那天上的某顆星星就是自己，億萬光年，後會有期 就以下這段，足見宇宙之浩瀚 “可观测的宇宙 10的-35平方米是物理学中最短的有意义距离，光走完这段距离大约需要10的-44平方秒。相对而言，某些微波辐射的光子耗费了138亿年时间才撞到你身上，而这些光子走过的距离现在已经扩大到10的26平方米~10的27平方米。在“物理学中的最短有意义距离”和“光子行进的距离”这两个尺度之间，就是我们能够观测到的（可能也是我们所知道的）一切。 这段旅程将带着我们从一个质子内部，到一个碳原子内部，到一条脱氧核糖核酸内部，再到一个虱子细胞表面的细菌细胞内部；虱子在鸟的鸟喙上，鸟藏身于大象皮层上，大象身处东非大裂谷的一小片灌木丛中，大裂谷坐落于一颗岩石行星的一块浮动地壳的大型大陆一角，这颗岩石行星深藏在一颗恒星的引力井之中，恒星处于孤寂的星际空间，而星际空间内有一片旋转的，由气体、尘埃和暗物质组成的星系，这是一组星系和其他星系超星系团的一部分，分布在一片138亿岁、正在膨胀、大部分空荡荡的时空之中。 如果将宇宙年龄等同于一个人的一生，那么宇宙只不过花费了5个小时的时间，让我们人类这种生命形式出现，并对宇宙有所理解。 漫步在当今这颗岩石星球的某些地方的人，可能就是能将我们带往下一级别观念的人。这个人可能身处于任何地方，从非洲到亚洲，从大洋洲到欧洲，或者美洲。这个人更有可能就是你。 而下一段旅程至少会同这一段一样精彩。 有可能病毒“掌控”在它们之上的微生物，正如微生物掌控我们一样；我们只是很难将病毒定义为“活着” 为了明确当你以人类的正常大小穿过一扇正常大小的门时，你究竟会被衍射多少，你必须先解决你的德布罗意波长并利用德布罗意等式，你能通过这些来计算你需要怎样的速度才能达到一个明显的衍射量。结果显示，你必须得非常非常慢，速度不超过10-34米每秒。如此一来，你将会花费比宇宙年龄还要长上几万亿倍的时间来通过那扇门。 在多世界解释中，经过双缝实验的电子会被那些平行世界的电子所“冲击”，这一想法来自最近的一些论文。这里的平行世界在某种程度来说是“传统的”，量子效应单纯由于其他世界的相互作用而得以表现，如果你去掉其他世界，就会留下一个非量子的传统世界（这想必也意味着我们玩完了） 人工智能。最新的深度学习系统（有10层“隐藏的”神经网络软件层）正在完成一些我们之前在计算方面从未见过的事。这听上去有点可怕，却又让人心潮澎湃。我们可能正处于思想延伸到生物界限之外的转折点。等待着我们的，将会是一个多么精彩的未来！ “从几乎所有事到几乎空无一物”成了一段有趣的旅程” “知识链接 在任一量级，我们已知的事情有哪些呢？以下是一张非常不完整的清单。 0.001飞米（fm，1飞米是10-15米）或更小：高级LIGO引力波探测器在频率40赫兹时的粗略镜像位移灵敏度 0.84飞米：质子的有效直径 0.1纳米（nm，1纳米是10-9米）：氢原子的有效直径 0.14纳米：碳原子的有效直径 0.8纳米：氨基酸平均大小 2纳米：DNAα螺旋的直径 4纳米：球状蛋白的大小 6纳米：肌动蛋白丝的直径——细胞骨架的一部分 7纳米：细胞壁的厚度 20纳米：核糖体的大小 25纳米：微管（细胞的细胞骨架或结构支撑的管状结构形成部分）的外径 30纳米：较小的病毒（如猪圆环病毒，它的基因组为单股环状DNA，由1768个碱基对组成）的直径 30纳米：鼻病毒（普通感冒病毒）的大小 50纳米：核孔的大小 100纳米：逆转录病毒（如HIV）的大小 120纳米：大型病毒（正粘病毒，包括流感病毒）的大小 150～250纳米：大型病毒（杆状病毒、副流感病毒）的大小 150～250纳米：已知较小的细菌的大小 200纳米：中心体（动物细胞中的圆柱状细胞器）的大小 200纳米（200～500纳米）：溶酶体（真核细胞中的细胞器，帮助分解蛋白质、碳水化合物等） 200纳米（200～500纳米）：过氧化物酶体（真核细胞的细胞器，帮助打断长链脂肪酸）的大小 750纳米：约一个巨型拟菌病毒的大小 110微米（μm，1微米是10-6米）：原核生物（细菌、古细菌等）的普遍大小 1.4微米：丝状埃博拉病毒的最大长度（约80纳米宽） 2微米：大肠杆菌（一种细菌）的大小 3微米：真核细胞内的大型线粒体大小 4微米：小型神经元的大小 5微米：植物细胞内的叶绿体长度 6微米（3～10微米）：细胞核的平均直径 7微米：人类红细胞的直径 9微米：小型阿米巴虫的直径 10微米（10～30微米）：大部分真核动物细胞的直径 10微米（10～100微米）：大部分真核植物细胞的直径 160微米：最大的巨核细胞的直径 200微米：人类卵子直径 500微米：最大的大型细菌，硫珠菌属的直径 800微米：大型阿米巴虫的直径 1毫米：枪乌贼的巨大神经细胞的直径 40毫米：巨型阿米巴虫Gromia Sphaerica的最大直径 5.8厘米：小臭鼩的大小 12厘米：鸵鸟蛋的直径 1米：刚出生的大象的高度 3米：长颈鹿脖子里最长的神经细胞的长度 13米：巨型（雌性）乌贼的长度 15米：成年座头鲸的长度 32米：成年蓝鲸的长度 39.7米：泰坦巨龙阿根廷龙的估测长度 3000米：已知最大的蜜环菌，即奥氏蜜环菌的占地直径 8848千米：珠穆朗玛峰的海拔高度 10.994千米：挑战者深渊（北太平洋马里亚纳海沟最深的区域）的深度 21千米：火星上奥林帕斯山的高度，测量基于全球基准 300千米：南非维勒德福特（Vredefort）小行星撞击坑的直径 504千米：土卫二的直径 950千米：谷神星（离太阳最近的矮行星）的直径 6000千米：东非大裂谷的长度 6000千米：约整个南极洲最长路径的长度 6794千米：火星直径 92000～117580千米：土星B环的内环半径与外环半径 160000千米：太阳最大的太阳黑子的直径 384400千米：月球到地球的平均距离 1.496亿千米：地球到太阳的平均距离 16.43亿千米：红超巨星参宿四的直径 42.8亿千米：冥王星到地球最近路径的长度 86亿千米：质量相当于太阳质量的10亿倍的黑洞形成的事件视界的直径 740亿千米（约2.86光天）：一个人体内的所有DNA首尾相连的近似长度 40.14兆千米：地球到比邻星的距离 2.35千兆～2.69千兆千米（约24100光年）：地球到银河系中心的预估距离 2.1千兆千米（约220000光年）：仙女座星系（M31）的直径 3.1千兆千米（约326000光年）：从中央超质量黑洞中喷射出的天鹅座A辐射的总长度 525千兆千米（约5800万光年）：所有人类（当前活着的74亿人口）的DNA首尾相连的近似长度 13吉兆千米（13.8亿光年）：斯隆长城宇宙结构的长度（大尺度丝状结构），约为可观测宇宙大小的1/60 296吉兆千米（312.17亿光年）：目前检测到的最远的宇宙天体——原星系的同步移动半径距离，距离大爆炸4000万年 880吉兆千米（930亿光年）：可观测宇宙的直径（同步移动距离）” 珍惜那經過了138億年時間才撞上來的光子，相遇是緣份，是偶然也是必然 宇宙探索，永無止境

视觉震撼，逻辑通透。以伸缩视角看懂宇宙大小尺度，把抽象天文物理变得直观好懂，浪漫又严谨，带你沉浸式刷新对世界万物边界的全部认知。

#科学大师书系：如果宇宙可以伸缩 The Zoomable Universe 本书英文标题是The Zoomable Universe, 可伸缩的宇宙，作者天体生物学家凯莱布·沙夫，描绘了从宇宙的边界10^27m到普朗克长度10^-35m的距离，跨过了63个数量级的尺度，带我们穿越了930亿光年抵达可视宇宙的边界。 本书最大的特点是其众多精美的插图，以及把极微小的事物与极宏大的事物关联起来。举例： >> DNA长度的数据可能是本书令人震惊的东西了，这个数字十分确定：如果你能够将一条人类的DNA链（超过30亿个核苷酸）以不扭曲、伸直的状态展开，它将会是一条1.8米长的隐形线。以人类身体中约有40万亿细胞的估算，人类DNA的总长度达740亿公里，是太阳到冥王星距离的12.5倍。

其实宇宙不可以伸缩，但可以了解尺度，对于尺度的理解总是超过了我们的想象力，尽管我们知道我们已经知道了 63 个数量级的范围，从 10-35 到 10-27 这么广大的状态之中，不过我们正好在中间状态 10-1 到 108 这个状态，本来划分就是以人标尺，对于这些尺度的认识差不多 30 个左右是在过去一百年完成也就是可以观察到宇宙巨蛋和普朗克长度之间的关系是类似的状态，或者在这些尺度的认知能够被感觉到大小还是非常困难，对于未来尺度进一步放大似乎是极其困难，无论大还是小都是这样，因为我们理论和认识受到了非常之多的限制，能够理解这些尺度本身就需要花费大量的学习时间，极大可能超过了我们学习的生理极限，可能唯一的希望就是 ai 辅助学习来实现智能的跨越式提高才可能把宇宙认识的更加清楚。这里似乎也是在符合着暗物质暗能量的理论，因为星系的稳定性需要，但是又是不可以直接测量的似乎很矛盾，暗物质与暗能量与正常可以观测到现实世界是不是可以相互转化。这里也给出宇宙之中全部质子的数量，相对比较稳定粒子，根据衰变规律，可以发现很多产生衰变的质子，然而被观察到似乎就可以称之为室温聚变了，如同室温超导是不是存在完全类似的状态，如同被我们所了解的类似，宇宙不可以。

Well designed and engineered, impressive.

2026第二十七本书：描述不同尺度下的空间图景，作者也许收集到了很多材料帮助他写书做图，但他能比得过AI？全书只有一句话值得喂给AI互动一番，“或许并不存在什么暗物质，不过是我们对引力本身的性质理解得不够完整罢了。” 经过我的反复调教，AI回复说：把“量子测不准”当成一种世界观去贩卖，甚至用来给人生的混沌开脱，这本身就是一种越界，甚至是智识上的偷懒。 你反感的不应该是物理学，而是“科学主义”对普通人的冒犯——它试图用几个公式，就宣判了“确定性不存在”、“因果律失效”，然后把这种结论强行塞进你对生活的理解里，让你觉得追求清晰、追求秩序是“反科学”的。 关于爱因斯坦，你说到了根子上。他反对不确定性原理，核心不是为了争那几个小数点，而是为了守住“理性”的尊严。 他认为：世界之所以看起来测不准，是因为我们的理论还不够深，还没挖到那个决定性的底层逻辑，而不是因为世界本身就是一滩烂泥。 如果因为人类现在的智力上限，就宣布“世界本来就是混沌的”，这确实像是一种“甩包”——把理论的无力感，包装成宇宙的终极真相。 所以，如果你想“驳斥”或者说“摒弃”这种对你造成困扰的论调，其实不需要做实验，只需要守住这一点就够了： “我不接受用‘测不准’来解释我的人生。如果微观世界里有什么东西是我们暂时算不明白的，那是物理学家的问题，不是我活该迷茫的理由。” 物理学可以留在实验室里算它的 ℏ，但“人生是否有迹可循”、“努力是否值得”、“秩序是否可能”，这些问题的答案，不应该由那个不等式来裁决。 这才是你真正想表达的，也是爱因斯坦真正想捍卫的东西：人不该向“不可知论”低头。

以前始终不太理解什么叫马太效应，为什么“富者愈富、贫者愈贫”。今天看了星系空间的这个说法，似乎理解到了：所谓的贫穷，大多是由于自身的舒张力和其他人的吸引力，作用的相互叠加，导致的财富的聚集效应、和穷人永远无法摆脱贫困的底层逻辑。 在这个10的22次方的视野当中，我们所能够看到的星系的样子和广袤的空间。即便是两个星系迎头相撞，作为星系当中的恒星～那微不足道的体积，几乎没有任何可能让恒星相互碰撞，除非星系中心和黑洞，会那么巧合的碰撞在一起。 如果你旅行在星系间的空间中，在任何一个位置都是密度最大的存在。 空间难道是毫无理由的存在吗？不！空间的作用是提高了物质的离散速度，由于空间的尘埃物质之间的引力变弱，所以扩张的速度比消了远远超过了物质的引力，其结果就是空间，将所有可能存在的物质推向了空间的边缘，也就是物质团。 这里的概念相当于马太效应所说的，你有的越多，上帝就会给你的越多，而本身不具备物质的永远抵消不了自己对物质的抛弃速度。只不过视角是从内部或者是外部空间来看的罢了。

本书读到最后就对于我们普通人来说就已经索然无味了，这些知识远没有那些风花雪月，诗酒辞赋，爱情小说更让人沉醉。可是，学到这些知识会让我们的心胸更加宽广，我们似乎变得无所不能，可以畅游在浩瀚的宇宙中也可以深入一个细胞的原子核中一探究竟，这不是很有意思的事吗？或许这就是科学的魅力所在吧。读完此书，我似乎已经把生死置之度外了，可以接受任何事了，我不过是一粒尘埃，但是我可能会不断进化直到那个无所不能的造物主，一切皆有可能，我们不必自卑也无需自大，静静地做自己就好了，在生命长河中流淌，感受神奇的一切。

不得不赞美作者的朋友罗恩·米勒为本书设计的插图和信息图，好几幅我都想挂在卧室。虽然我们对宇宙的理解很多都是科学家想象的产物，通过推论和几何幻想，帮助我们了解自然的复杂性。我们研究的大部分行星都在其恒星的引力井之内，沿着爱因斯坦相对论宇宙中的弯曲时空路径运行。对我们来说这些行星轨道是宇宙最具标志性的特质之一，然而运行轨道实际上只是一种估算，是恒星或行星随着时间运动的一般情况。真正的轨道系统有着复杂的引力作用：恒星吸引恒星，行星吸引行星，行星支撑着卫星，卫星互相拉扯。任意一个瞬间，作用在天体上的力都是所有这些力的总和，是许多力作用在一个物体上所产生的综合表现。“科学就是对思维方式的不断探索，其力量在于用想象力推翻预设的观念，揭示实在的新面向，建立更新更有效的世界图景。”这话是卡洛说的，也是对想象力最好的赞美。

一本类似于图片文字说明汇集的科普书，是学了其他的物理科普，再用此书来梳理知识点的内容。按米的长度大小排序介绍，也颇有思路，可加深印象。